1 引言
研究型核反應(yīng)堆carr(中國先進(jìn)研究堆)監(jiān)控系統(tǒng)采用數(shù)字化監(jiān)控裝置，承擔(dān)著控制carr核功率的任務(wù)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的主要是采用仿真的方法，分析系統(tǒng)穩(wěn)定性和系統(tǒng)各部件對系統(tǒng)整體性能的影響，以獲得合適的控制方法和參數(shù)，并可以指導(dǎo)和完善反應(yīng)堆主體系統(tǒng)的進(jìn)一步設(shè)計(jì)。
本系統(tǒng)自動開堆和功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)(棒控系統(tǒng))的自動控制采用施耐德公司的premium系列的plc來完成，其它系統(tǒng)的自動控制采用quantum系統(tǒng)的 plc來完成，上位機(jī)監(jiān)控由intellution公司的ifix軟件來實(shí)現(xiàn)。
2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能
carr采用反中子阱的堆型設(shè)計(jì)，堆本體中的主要設(shè)備和堆芯浸沒于堆水池中，輕水冷卻，重水慢化和反射。堆本體中設(shè)計(jì)有各類實(shí)驗(yàn)孔道，在與必要的設(shè)備相匹配后，滿足燃料元件與結(jié)構(gòu)材料的輻照考驗(yàn)、各種放射性同位素生產(chǎn)、單晶硅輻照生產(chǎn)、中子物理實(shí)驗(yàn)研究、中子活化分析、中子散射實(shí)驗(yàn)、中子照相、在線同位素 分離器研究等科研活動的需求。
反應(yīng)堆監(jiān)控系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對以下幾個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)視和控制:
(1) 反應(yīng)堆主廠房工況系統(tǒng);
(2) 通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng);
(3) 輔助設(shè)施廠房等工況監(jiān)測系統(tǒng);
(4) 電氣監(jiān)控系統(tǒng)以及與反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng);
(5) 輻射防護(hù)等系統(tǒng)通訊接口;
(6) 自動開堆和功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
本系統(tǒng)的硬件由11臺控制柜、12臺監(jiān)控機(jī)、3臺通訊站、6臺打印機(jī)及施耐德公司的plc等設(shè)備構(gòu)成，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換采用 100mb/s的高速以太網(wǎng)絡(luò)。
圖1 carr網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖
3.1 管理層
管理層位于中央控制主要完成對carr系統(tǒng)的管理和監(jiān)控，包括數(shù)據(jù)顯示、異常報(bào)警、報(bào)表管理、數(shù)據(jù)打印等任務(wù)，是整個(gè)系統(tǒng)的中心監(jiān)控部分。
3.2 網(wǎng)絡(luò)層
網(wǎng)絡(luò)層采用高速以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，完成管理層與控制層的數(shù)據(jù)交換。
3.3 控制層
控制層采施耐德公司生產(chǎn)的plc實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，并接收管理層的控制命令完成對現(xiàn)場設(shè)備的操作。
3.4 現(xiàn)場層
現(xiàn)場層為一些傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，負(fù)責(zé)現(xiàn)場數(shù)據(jù)參數(shù)的采集。
4 棒控系統(tǒng)
棒控系統(tǒng)作為反應(yīng)堆數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)，承擔(dān)carr控制棒的手動/自動提升、下降和棒位顯示功能，用于反應(yīng)堆啟動、手動/自動升/降功率和反應(yīng) 堆功率自動調(diào)節(jié)，是反應(yīng)堆重要的儀控系統(tǒng)之一。
4.1 控制流程
系統(tǒng)接收核測量系統(tǒng)、保護(hù)系統(tǒng)、atws緩解系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)和監(jiān)控系統(tǒng)操縱員站的有關(guān)信號，通過控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)控制控制棒的提升和下降，從而達(dá)到控制反應(yīng)堆功率的目的。系統(tǒng)控制6根控制棒的運(yùn)動，包括2根安全棒，4根補(bǔ)償棒。系統(tǒng)投入自動調(diào)節(jié)和全自動時(shí)，其中1根補(bǔ)償棒作為自動調(diào)節(jié)棒。控 制棒的升降運(yùn)動可以通過操縱員的手動命令，也可以通過一定的控制程序自動進(jìn)行。到達(dá)目標(biāo)功率后，投入自動調(diào)節(jié)，維持反應(yīng)堆的穩(wěn)定運(yùn)行。另外，系統(tǒng)作為反應(yīng)堆數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)，通過網(wǎng)絡(luò)通訊，接收監(jiān)控系統(tǒng)操縱員站的控制棒操作命令，并且將控制棒棒位、堆功率、系統(tǒng)狀態(tài)及系統(tǒng)故障報(bào)警等信號送往反應(yīng) 堆數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)操縱員站進(jìn)行顯示。棒控系統(tǒng)畫面顯示如圖2所示。初始化流程圖如圖3所示。
圖2 棒控系統(tǒng)監(jiān)視畫面
圖3 棒控系統(tǒng)初始化流程圖
4.2 工作原理
棒控系統(tǒng)工作原理如圖4所示，棒控系統(tǒng)主要是通過步進(jìn)電機(jī)來控制棒的提升和下插，從而調(diào)節(jié)核功率的大小，步進(jìn)電機(jī)的控制是由premium系列的 cay(伺服運(yùn)動模塊)和cfy(步進(jìn)電機(jī)控制模塊)模塊來共同完成。其中cay模塊主要是接收絕對編碼器采集來的位置信號，cay模塊主要是通過輸出脈沖去驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊，來調(diào)節(jié)補(bǔ)償棒的位置移動。驅(qū)動器接收的脈沖數(shù)決定棒運(yùn)動的位置，驅(qū)動器接收的脈沖的頻率決定棒運(yùn)動的速度。對電流、速度、位置 的調(diào)節(jié)都在驅(qū)動器里，它可以實(shí)現(xiàn)對位置的點(diǎn)到點(diǎn)的控制和同步跟隨控制。
圖4 棒控系統(tǒng)工作原理圖
由于棒控系統(tǒng)的重要性，我們采用兩套plc通過切換裝置實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償棒的冗余控制，切換裝置要求切換速度快、簡單、可靠、壽命長。此切換裝置由我們核電開發(fā)部自行研制，切換器接收a列和b列plc中cfy21的輸出，根據(jù)plc工作狀態(tài)信號(即a列或b列plc脈沖信號)決定輸出哪一列信號。四個(gè)步進(jìn)電機(jī)的控 制信號的切換共用一個(gè)切換器，即一個(gè)切換器可以切換四組信號。
5 結(jié)束語
隨著世界能源的不斷匱乏,核電事業(yè)正方興未艾。在世界范圍內(nèi)，由于核能發(fā)電的經(jīng)濟(jì)效益高、運(yùn)行成安全穩(wěn)定，核能發(fā)電顯現(xiàn)出巨大的發(fā)展空間。利用自動化技術(shù)監(jiān)控carr工程運(yùn)行，深入研究核能發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性、安全性、放射性廢物、防止核擴(kuò)散等等課題，取得了較好的效果。
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